JPH03110508A - 光ファイバ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光ファイバ、特に耐熱性保護膜を有する光ファ
イバに関する。

「従来の技術］ 光ファイバは、石英ガラス等可撓性の乏しい材料から成
り、直径１００ないし１５０μｍの細いものであるため
、折れ易く、第４図に示すように光ファイバ素線１を保
護膜２で被覆して、機械的に保護することが行われてい
る。溶鉱炉周辺等、２００°Ｃ以上の高温の環境で伝送
に用いられる光ファイバの保護膜は、耐熱性を有する必
要がある。

耐熱性の被覆材としては従来、金属やポリイミド樹脂が
用いられている。

〔発明が解決しようとする課題］ しかし金属を保護膜とする光ファイバは、ファイバ素線
のガラスと被膜の金属の熱膨張の差が大きいため、例え
ば３００°Ｃの高温にさらされたとき、ファイバ素線と
金属被膜との間のずれまたは剥離によりファイバ素線の
表面に傷が生じて、ファイバの強度が低下するのみなら
ず、マイクロベンド損失が増大する。例えば、石英ガラ
スの線膨張係数　５．７　Ｘ　１０”７ｄｅｇ−’に対
しアルミニウムは　２．３　Ｘ　１０−’ｄｅｇ−’で
あり、熱膨張係数が大きく異なるので、ファイバが高温
にさらされるとファイバ素線の表面に傷が生ずる。それ
故、金属を保護膜とする光ファイバは長期信頼性に欠け
る。

一方ポリイミド樹脂を保護膜とする光ファイバも、高温
にさらされたとき、ガラスと被膜の線膨張係数の差に起
因するファイバ強度の低下とマイクロベンド損失の増大
がある。

また光ファイバには長期信頬性の面から耐水素特性が要
求されるが、ポリイミド樹脂は水素に対するガスバリア
として不十分である。耐水素特性が必要とされる理由は
、光ファイバおよびケーブルのコーテイング材と金属材
料、あるいはケーフル内の水分または外から侵入してき
た水と金属材料との反応で生じた水素が光ファイバ内に
拡散すると、伝送損失の増大を来すからである。

従って本発明の目的は、２５０°Ｃ以上の高温下におい
て、破断およびマイクロベンド損失に関して長期信幀性
を有する石英ガラス光ファイバを提供することである。

本発明の他の目的は、十分な耐水素特性を有する石英ガ
ラス光ファイバを提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために本発明では、石英ガラスファ
イバ素線の外面をアモルファスカーボン被膜で被覆し、
さらにポリイミド樹脂被膜で被覆した後、金属管に挿入
するようにした。アモルファスカーボン被膜は石英ガラ
スファイバの外面に直接接して設ける。ポリイミド樹脂
被膜はカーボン被膜の上に直接設けるのが好ましい。

本発明の耐熱性保護層を有する光ファイバは、下記諸要
素から成る。

（１）石英ガラスファイバ素線 （２）アモルファスカーボン被膜 （３）ポリイミド樹脂被膜 （４）金属管 以下に各要素について詳しく説明する。

（１）石英ガラスファイバ素線 通常、外径１０ないし１０００μｍ程度のものが用いら
れる。通常、無水合成された比較的太い石英ガラス母材
を温度約２０００°Ｃの線引炉により細く延伸して作る
。単一モード光ファイバの場合は外径１０ないし１００
μｍ程度、多モード光ファイバの場合は外径５０ないし
１０００μｍ程度で、母材の製造方法にはＭＣＶＤ法、
ＶＡＤ法等が知られている。

（２）アモルファスカーボン被膜 アモルファスカーボン被膜は石英ガラスファイバ素線の
外面に設けられる。

アモルファスカーボンは炭化水素の熱分解で形成させる
ことができる。すなわち、メタン、エタン、プロパン、
ベンゼン、エチレン、アセチレン等の炭化水素を熱分解
し、脱水素縮合させることにより生成される高分子の炭
素で、バルクとして規則的な結晶構造をもたない。バル
クとして結晶であるダイヤモンドやグラファイトと、こ
の点で区別される。例えば、石英ファイバ素線を加熱炉
に通しながら、炉中に炭化水素と不活性ガスの混合気流
を供給すると、炭化水素が熱分解し、石英ファイバ素線
の表面にアモルファスカーボン層が形成される。炭化水
素として、ベンゼンのような芳香族炭化水素およびエチ
レン、アセチレンのような不飽和炭化水素が好ましい。

アモルファスカーボン被膜（以下、カーボン被膜と言う
）は石英ガラスファイバ素線の外面に直接接して設けら
れる。従って、炭化水素の分解を行う加熱炉は、ガラス
ファイバ素線を一定の外径に線引きする工程に続いて設
けることが必要である。

カーボン被膜の厚さは通常約２００Å以上、約１０００
Å以下が適当である。

（３）ポリイミド樹脂被膜 石英ガラスファイバ素線の上のカーボン被膜の上に、さ
らにポリイミド樹脂被膜を設ける。

ポリイミドとは分子中にイミド結合を有する熱可塑性ま
たは熱硬化性の高分子である。芳香族ポリイミドは耐熱
性がすぐれており、本発明の光ファイバの保護膜として
適している。代表的なものは、トリメリット酸無水物と
４，４”−ジアミノジフェニルエーテル、ベンゾフェノ
ンテトラカルボン酸二無水物とテトラアミノビフェニル
、ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物と４，４オ
キシジアニリン等の反応により得られたポリアミック酸
の重縮金物である。例えばデュポン社製Ｐｙｒｅ　　Ｍ
Ｌや、東し■製トレニースとじて市販されている。

ポリイミドの被膜を形成するには、上記ポリアミック酸
オリゴマー溶液から成る液体組成物を、線材塗装ダイス
を用いて石英ガラスファイバの外面に被覆し、加熱炉を
通過させて溶剤を蒸発させ、塗膜を硬化させる。このと
き上記ポリアミック酸が重縮合し、ポリイミド樹脂とな
る。

ポリイミド樹脂被膜の厚さは、約３μｍから約３０μｍ
が好ましい。

ポリイミド樹脂被膜はカーボン被膜の上Ｇこ直接設ける
のが好ましい。

（４）金属管 アモルファスカーボンとポリイミド樹脂で被覆されたガ
ラスファイバ素線を、適当な太さ、肉厚の金属管に収容
する。被覆されたガラスファイバ素線の外径より若干大
きい内径を持つガラス管が適当である。−本の金属パイ
プに複数のガラスファイバ素線を収容してもよく、この
場合には、これらを容易に挿し通すことができるような
内径とする。

金属管の材質は、必要な可撓性、光ファイバとして使用
時の高温に耐える融点または軟化点、耐酸化性、耐蝕性
を持つことが必要である。例えばステンレス鋼、チタン
、アルミニウム等を用いることができるが、ステンレス
鋼およびチタンが好ましい。

金属管の肉厚は、材質とも関連して強度と必要な可撓性
を確保できるような厚さであることが必要である。

本発明は石英ガラスファイバに限らず、多成分ガラスフ
ァイバにも適用できる。また結晶光ファイバにも適用可
能である。

〔作用〕

本発明の光ファイバの外面には保護層および金属管が設
けられ、コイル巻き取り等の製造中の取扱および光伝送
路として使用時に切断しないよう、光ファイバを保護す
る。

本発明による光ファイバは、ポリイミド樹脂被膜がカー
ボン被膜を介して石英ガラスの上に設けられているので
、ポリイミド樹脂と石英ガラスとの熱膨張係数が異なっ
ても、両者の間に介在するカーボン被膜が緩衝層として
働くため、高温にさらされたとき石英ガラスとの界面で
被膜の部分的なずれや剥離によりマイクロベンド損失が
増大せず、強度が低下しない。すなわちポリイミド樹脂
被膜を単独に用いた場合より優れた耐熱性を示す。

本発明による光ファイバは、金属被膜を光ファイバの外
面に直接接着せず、保護層を被覆してから金属パイプに
挿入しているので、金属と石英ガラスの熱膨張係数の差
が大きくても、高温にさらされたときに石英ガラスとの
界面で被膜の部分的なずれや剥離によるマイクロベンド
損失の増大がない。

以上は、多成分ガラスファイバ、あるいは結晶ファイバ
の場合でも同様である。

以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明する。

〔実施例１〕 光ファイバ素線に、下記のようにして外面をカーボン被
膜およびポリイミド樹脂で被覆し、さらに金属管に挿入
して、第１図に示す断面を有する光ファイバを得た。１
は石英ガラスファイバ素線、３はカーボン被膜、４はそ
の上に設けたポリイミド樹脂被膜、５は金属管である。

石英ガラスファイバ素線１は石英ガラスファイバ母材か
ら温度約２０００°Ｃの線引炉により延伸した、直径１
２５μｍの１．３μｍ帯シングルモード光ファイバであ
る。温度１２００”Ｃの加熱炉中で、外径２０ｍｍ、内
径１６ｍｍの石英スフフル中に上方から石英ファイバ素
線を送り込み、石英マツフルの上部に設けた窒素ガス供
給口から窒素ガスを供給しつつ、石英マツフルの中央部
に設けた混合ガス供給口からベンゼンを含む窒素ガス気
流を供給して、ベンゼンを熱分解し、石英ファイバ素線
１の表面に厚さ５００人のカーボン被膜３を形成させた
。

カーボン被覆した石英ファイバに、ピロメリット酸二無
水物と３，３″−ジアミノジフェニルエーテルの反応に
より得られたポリアミック酸を２５％含有するＮ−メチ
ルピロリドン溶液を塗布し、温度５００°Ｃの電気炉を
通して、乾燥、硬化させ、厚さ２０μｍのポリイミド樹
脂被膜４を形成させた。光ファイバの外径は１６５μｍ
となる。

カーボン被膜３とポリイミド樹脂被膜４で被覆された石
英ファイバを、外径０．９ｍｍ、内径０．７ｍｍのＳ　
ＯＳステンレス鋼管（金属管５）に挿入した。

完成した光ファイバの波長１．３μｍでの初期の伝送損
失は０．３５ｄＢ／ｋｍであった。この光ファイバＩｋ
ｍを胴径１．Ｏｍの鉄製ドラムにルーズに巻き、温度３
００°Ｃの恒温槽内に１０時間おいた後の伝送損失は０
．３８ｄＢ／ｋｍ（０，０３ｄＢ／ｋｍの増大）であっ
た。温度３５０°Ｃの場合は１０時間後０．４５ｄＢ／
ｋｍであった。また室温で９ケ月以上経過しても伝送１
■失の変化は０．０２ｄＢ／ｋｍ以内であった。

また光ファイバを１気圧の水素ガス中に温度ｉ　ｏ　ｏ
　”ｃで１５時間放置して耐水素試験を行った。

波長域１．５５μｍでの損失増大は０．０１ｄ　Ｂ　／
　ｋ　ｍ以内であった。

〔比較例１〕 実施例１においてアモルファスカーボンの被覆を省略し
、石英ガラスの外表面に直接にポリイミド被覆し、第２
図に示す断面をもつ光ファイバを得た。ポリイミド被膜
４の厚さは実施例１と同じく２０μｍとした。実施例１
と同様に、ＳＵＳステンレス鋼管５に挿入した。

この光ファイバＩｋｍを胴径１．Ｏｍの鉄製ドラムにル
ーズに巻き、温度３００　”Ｃの恒温槽内においた後の
伝送損失は、２時間後から増大しはじめ、５時間後０．
５０ｄＢ／ｋｍ、１００時間後、ＯｄＢ／ｋｍであった
。

また光ファイバを１気圧の水素ガス中に温度１００°Ｃ
で１５時間放置して耐水素試験を行った。

波長域１．５２μｍに水素（Ｈ２）特有の吸収が見られ
、波長域１．５５μｍでの損失は、初期値から０．１ｄ
Ｂ／ｋｍ増加した。

Ｃ比較例２〕 実施例１においてポリイミド樹脂のかわりにラダー型シ
リコーンをアモルファスカーボンの上に被覆した。ｎり
厚は実施例Ｉと同しく２０１Ｉｍとした。実施例１と同
様に、ｓＵｓステンレス鋼バイブ（金属管）に挿入した
。

この光ファイバｌｋｍを胴径１．Ｏｍの鉄製ドラムにル
ーズに巻き、温度３００″Ｃの恒温槽内に置いたところ
、伝送損失の増大が著しく速かった。

（比較例３〕 第３図に示すように光ファイバ素線１をアモルファスカ
ーボンの被覆をせずにアルミニウム被膜６で被覆した。

具体的には、光ファイバ素線工を温度６６０°Ｃの溶融
アルミニウム中に通して、デイツプ法により厚さ２０μ
ｍのアルミニウム被膜６で被覆した。

ＳＵＳステンレス鋼パイプに挿入しないで、アルミニウ
ム被覆光ファイバｌｋｍを胴径１．Ｏｍの鉄製ドラムに
ルーズに巻き、温度３００　’Ｃの恒温槽内に置いたと
ころ、伝送損失の増大は著しく速かった。

引張り強度試験をしたところ、比較例３の光ファイバは
２ないし３ｋｇｆ程度の強度の低い部分があった。

〔発明の効果〕

本発明による光ファイバは２５０　”Ｃ以上の高温環境
ですぐれた耐熱性を有する。特に、本発明の石英ガラス
光ファイバは、金属被膜またはポリイミド樹脂被膜を直
接ガラスファイバ素線の上に設けたものと異なり、２５
０　’Ｃ以上の高温下に置かれてもマイクロベンド損失
の増大が極めて小さく、強度の低下もなく、長期債転性
を有する。

また本発明の石英ガラス光ファイバは、十分な耐水素特
性を有し、この点でも長期信頼性を具える。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光ファイバの一実施例の断面図である
。第２図は比較のための光ファイバの断面図である。第
３図は比較のための金属被覆光ファイバの断面図である
。第４図は従来の光ファイバの断面図である。 符号の説明 ■−・・石英ファイバ素線　　　２−・−保護膜カーボ
ン被膜 ４−・ポリイミド樹脂被膜 金属管 ・−金属被膜

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）アモルファスカーボン被膜と、その外側に設けら
   れたポリイミド樹脂被膜とで被覆された光ファイバ素線
   が、金属パイプに挿入されたことを特徴とする光ファイ
   バ。
2. （２）前記金属パイプがステンレス鋼またはチタンから
   成る請求項第１項の光ファイバ。